(57)【要約】【課題】  本発明は三相交流回路等の交流回路に発生する高調波の解析装置に関し、特に少ない入力回路を有する高調波解析装置によってより多くの信号の高調波解析を行うことが可能な高調波解析装置を提供するものである。【解決手段】  本発明は高調波成分を含む交流電流の検出端子と、当該検出端子で検出した電流波形信号を検出端子と同じ数の入力回路によってそれぞれ正規化し、ディジタル信号に変換した後、演算器を用いて検出した電流波形信号により他の電流波形信号を生成し、高速フーリエ変換を行った後、例えば表示器に表示し、高調波解析を行う。このように構成することにより、検出端子（入力回路）の数より多い電流波形の高調波解析を可能とするものである。【選択図】                    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高調波を含む波形信号が入力するｎ個の入力回路と、
該ｎ個の入力回路から入力した波形信号を記憶するメモリと、
前記ｎ個の入力回路から入力した波形信号からこれらの波形信号に関連する他の波形信号を生成する演算器と、
該演算結果である波形信号、及び前記ｎ個の波形信号をフーリエ変換する高速フーリエ変換演算器と、
該演算結果を表示する表示器と、
を有することを特徴とする高調波解析装置。
【請求項２】
前記波形信号は変換回路によってディジタル信号に変換された後、前記メモリに記憶されることを特徴とする請求項１記載の高調波解析装置。
【請求項３】
前記演算器は加算器、減算器、乗算器、除算器またはこれらの複合器であることを特徴とする請求項１、又は２記載の高調波解析装置。
【請求項４】
前記表示器に表示する演算結果は、ＣＰＵの表示制御によることを特徴とする請求項１、２、又は３記載の高調波解析装置。
【請求項５】
前記入力回路に入力するｎ個の波形信号は、三相交流回路の各相の電流波形信号であり、前記演算器で生成する波形信号は、中性線を流れる電流波形信号であることを特徴とする請求項１、２、３、又は４記載の高調波解析装置。
【請求項６】
前記入力回路に入力するｎ個の波形信号は、スター・デルタ結線の線間電圧の波形信号であり、前記演算器で生成する波形信号は、各相電圧の波形信号であることを特徴とする請求項１、２、３、又は４記載の高調波解析装置。
【請求項７】
前記入力回路に入力するｎ個の波形信号は、インバータ式蛍光灯の２線を流れる電流波形の信号であり、前記演算器で生成する波形信号は、蛍光灯内を流れるランプ電流の波形信号であることを特徴とする請求項１、２、３、又は４記載の高調波解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相交流回路等の交流回路に発生する高調波の解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、テレビやインバータ形式の蛍光灯、エアコン等の電気機器に流れる電流には高調波成分が含まれる場合が多い。また、電力設備に高調波を発生させる機器が接続されている場合にも、交流回路に高調波電流が流れる。このような高調波は、他の電気設備に悪影響を与える為、高調波解析を行う必要がある。
【０００３】
図７は三相４線式の三相交流回路に流れる高調波電流の解析装置のシステム図である。また、図８は上記高調波解析装置の入力端子の設置位置を示す図である。尚、同図の三相交流回路はスター・スター結線であり、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相に加え、中性点間が接続され、三相４線結線である。
【０００４】
この場合、同図に示す結線図のｒ、ｓ、ｔ、ｗは、高調波解析装置の入力端子を示す。これらの入力端子は、それぞれ対応する信号ｉ１（ｔ）、ｉ２（ｔ）、ｉ３（ｔ）、ｉ４（ｔ）を検出し、入力回路１〜４に出力する。入力回路１〜４は検出電流の正規化処理を行い、対応するＡＤＣ（アナログディジタル変換器）に送信し、共通のサンプリングクロックによってディジタルデータに変換する。
【０００５】
ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロッセッサ）５は、上記ディジタルデータに変換された入力信号を処理し、メモリ６に保存する。また、メモリ６に保存した信号に対し、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行い、処理結果をＣＰＵ７に出力する。ＣＰＵ７は上記演算結果を表示器８に表示し、高調波の解析処理を行う。
【０００６】
また、特許文献１には交流周波数の基本波成分又は高調波成分を抽出し、交流電力系統の高調波電流を確実に補償する構成が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２０９６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の高調波解析装置では、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相に加え、中性点間が接続され、高調波解析を行う為、４入力回路を有する高調波解析装置が必要となる。この為、従来の高調波解析装置では装置のコストアップの原因となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、請求項１に記載した発明によれば、高調波を含む波形信号が入力するｎ個の入力回路と、該ｎ個の入力回路から入力した波形信号を記憶するメモリと、前記ｎ個の入力回路から入力した波形信号からこれらの波形信号に関連する他の波形信号を生成する演算器と、該演算結果である波形信号、及び前記ｎ個の波形信号をフーリエ変換する高速フーリエ変換演算器と、該演算結果を表示する表示器と、を有することを特徴とする高調波解析装置を提供することによって達成できる。
【００１０】
ここで、上記入力回路は同じ構成のｎ個の回路で構成され、例えば波形信号を検出する入力端子から高調波を含むｎ個の信号を受信し、それぞれの回路で正規化処理を行う。
【００１１】
また、演算器はｎ個の入力回路から入力した波形信号を加算、減算、乗算または除算処理することによって、上記ｎ個の波形信号に関連する波形信号を生成し、高速フーリエ変換処理を行って周波数や高調波の次数に対する信号の振幅値を数値やグラフにより表示器に表示する。
【００１２】
このように構成することにより、少ない入力回路（例えば、ｎ個の入力回路）しかもたない高調波解析装置であっても、より多くの入力信号（例えば、ｎ＋１個以上の入力信号）の高調波解析を可能とすることができる。
【００１３】
請求項２の記載は、上記請求項１記載の発明において、前記波形信号は変換回路によってディジタル信号に変換された後、前記メモリに記憶される構成である。
【００１４】
このように構成することにより、以後の信号処理を容易にすることができる。
請求項３の記載は、上記請求項１、又は２の記載において、前記演算器は加算器、減算器、乗算器、除算器またはこれらの複合器である。
【００１５】
請求項４の記載は、上記請求項１、２、又は３の記載において、前記表示器に表示する演算結果は、ＣＰＵの表示制御による。
請求項５の記載は、上記請求項１、２、３、又は４の記載において、前記入力回路に入力するｎ個の波形信号は、三相交流回路の各相の電流波形であり、前記演算器で生成する波形信号は、中性線を流れる電流波形である。
【００１６】
本例は、例えば電源側及び負荷側が共にスター結線である場合の三相４線結線の例であり、ｎ個の波形信号は電源−負荷間を流れる各相の電流波形であり、演算器が生成する波形信号は中性線を流れる電流波形である。
【００１７】
このように構成することにより、３個の入力回路しか持たない高調波解析装置であっても、Ｒ、Ｓ、Ｔの各相の電流の他に中性線を流れる電流の高調波解析も同時に行うことが可能となる。
【００１８】
請求項６の記載は、上記請求項１、２、３、又は４の記載において、前記入力回路に入力するｎ個の波形信号は、スター・デルタ結線の線間電圧の波形信号であり、前記演算器で生成する波形信号は、各相電圧の波形信号である。
【００１９】
本例は、例えば電源側がスター結線、負荷側がデルタ結線である場合の相電圧の電圧波形を少ない入力回路を持つ高調波解析装置で解析するものであり、この場合２つの線間電圧の電圧波形を検出することによって、各相電圧の高調波解析が可能となる。
【００２０】
請求項７の記載は、上記記請求項１、２、３、又は４の記載において、前記入力回路に入力するｎ個の波形信号は、インバータ式蛍光灯の２線を流れる電流波形の信号であり、前記演算器で生成する波形信号は、蛍光灯内を流れるランプ電流の波形信号である。
【００２１】
本例は、インバータ式蛍光灯の２線を流れる電流波形から、蛍光灯内を流れるランプ電流の波形信号を生成し、ランプ電流の高調波解析も可能とするものである。
【００２２】
このように構成することにより、従来解析が困難なランプ電流についても高調波解析を可能とすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は上記構成により、少ない入力回路を有する高調波解析装置によってより多くの信号の高調波解析を行うことができ、コストの安い高調波解析装置を使用することも可能となる。
また、従来解析が困難であった信号の高調波解析を可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は本実施形態の高調波解析装置を使用する三相４線式の三相交流回路の回路図である。同図において、電源１０は、例えば三相誘導発電機や同期発電機等の交流電源であり、スター結線されている。したがって、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相に加え、中性点１０ａを有する。一方、負荷１１は三相誘導電動機等の三相負荷であり、高調波を発生させ易い負荷である。
【００２５】
上記電源１０と負荷１１は、それぞれ対応する相間が接続され、更に中性点１０ａと１１ａが中性線で接続されている。また、各線には当該ラインを流れる電流の高調波を検出する入力端子ｒ、ｓ、ｔが配設され、各ラインを流れる電流の高調波を検出する。
【００２６】
図２は本例の高調波解析装置のシステム構成図である。同図において、入力回路１２〜１４は上記入力端子ｒ、ｓ、ｔで検出した高調波信号を正規化させる回路である。
【００２７】
ＡＤＣ１５〜１７は入力するアナログ信号を共通のサンプリングクロックを用いてディジタルデータに変換し、ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロッセッサ）１８に出力する。このサンプリングクロックは、入力するアナログ信号の基本波の周波数を整数倍（例えば５１２倍）した周波数に設定される。
【００２８】
図３は、ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロッセッサ）１８の回路構成を説明する回路図である。尚、ＤＳＰ１８にはメモリ１９が接続されている。ＤＳＰ１８は演算器２０、及びＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算器２１を内蔵し、演算器２０の出力は上記メモリ１９に供給される。また、メモリ１９の出力はＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算器２１に出力される。
【００２９】
演算器２０は前述のＡＤＣ１５〜１７によってディジタルデータに変換された検出信号ｉ１（ｍ）、ｉ２（ｍ）、ｉ３（ｍ）を加算し、メモリ１９に書き込む。ｍは時刻ｔの信号をＡ／Ｄ変換したときのディジタルデータの順番を示している。演算器２０は同一時刻に入力するｉ１（ｍ）、ｉ２（ｍ）、ｉ３（ｍ）を加算し、中性線を流れるｉ４（ｍ）を演算する。すなわち、
ｉ４（ｍ）＝ｉ１（ｍ）＋ｉ２（ｍ）＋ｉ３（ｍ）
の演算を行い、基本波周期の整数倍の間で得られるデータ数分、メモリ１９に加算結果を保存する。尚、図４は上記各検出電流ｉ１（ｍ）、ｉ２（ｍ）、ｉ３（ｍ）に対する演算結果（ｉ４（ｍ））を波形図を用いて示すものである。
【００３０】
次に、メモリ１９からｉ１（ｍ）、ｉ２（ｍ）、ｉ３（ｍ）の各保存値、及び演算結果であるｉ４（ｍ）の保存値をＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算器２１に読み出し、それぞれについてＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行う。この結果は、ＣＰＵ２２に出力され、ＣＰＵ２２は各演算結果を表示器２３に表示する。
尚、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行うためには、上述したように基本波周期の整数倍の間で得られるデータが全て存在しなければならない。このため、演算器で算出した必要数のデータを一旦メモリに保存する構成としている。この時のメモリは、メモリ１９の内部を領域分けしても良いし、別途メモリを設けても良い。
【００３１】
以上のように処理することによって、３入力端子の高調波解析装置を用いて三相４線の三相交流回路の中性線を流れる電流の高調波解析が可能となる。
尚、上記実施形態１ではスター・スター結線の三相交流回路に使用する高調波解析装置について説明したが、例えば図５に示すスター・デルタ結線の電源側の相電圧の高調波解析についても同様に適用することができる。また、同図に示す例は三相負荷３０がデルタ結線であり、三相電源３１がスター結線である。
【００３２】
そして、線間電圧Ｕ１（ｔ）、及びＵ２（ｔ）の電圧信号を検出し、ＤＳＰ（演算器）によって、各相の電圧は以下のようになる。
Ｕ４（ｍ）＝Ｕ１（ｍ）−（Ｕ１（ｍ）＋Ｕ２（ｍ））／３
Ｕ５（ｍ）＝Ｕ２（ｍ）−（Ｕ１（ｍ）＋Ｕ２（ｍ））／３
Ｕ６（ｍ）＝−（Ｕ１（ｍ）＋Ｕ２（ｍ））／３
【００３３】
そして、上記各演算結果に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算を実行し、表示器に表示することによって各相電圧の高調波解析が可能となる。
【００３４】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について説明する。本例はインバータ式の蛍光灯のランプ電流の高調波解析装置である。
【００３５】
図６はインバータ式の蛍光灯の回路図である。同図において、蛍光灯（蛍光管）２５内には水銀やアルゴンガス等の蛍光物質が封入され、安定器２６を介して供給される交流電源２７からの電源供給によって蛍光灯２５内にランプ電流を流し、発光を行う。
【００３６】
この回路の場合、ランプ電流の高調波解析は通常困難である。しかし、本例によれば、２入力端子を有する高調波解析装置を使用することによってランプ電流の高調波解析が可能になる。
【００３７】
すなわち、前述の実施形態と同様、入力端子ａ、ｂで検出した高調波信号を正規化し、ＡＤＣによってディジタルデータに変換し、ＤＳＰに出力する。ＤＳＰは前述のように、演算器とＦＦＴ演算器で構成され、ディジタルデータである検出信号ｉ１（ｍ）からｉ２（ｍ）を減算し、ランプ電流ｉ３（ｍ）を演算する。
すなわち、ｉ３（ｍ）＝ｉ１（ｍ）−ｉ２（ｍ）
の演算を行い、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を実行し、ランプ電流ｉ３（ｍ）を得、このランプ電流に含まれる高調波解析を行う。
【００３８】
以上のように、本例によればインバータ式の蛍光灯のランプ電流の高調波解析が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施形態１の高調波解析装置を使用する三相４線式の三相交流回路の回路図である。
【図２】高調波解析装置のシステム構成図である。
【図３】ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロッセッサ）の回路構成を説明する図である。
【図４】各検出電流に対する演算結果を波形図を用いて示す図である。
【図５】実施形態１の変形例を説明する図である。
【図６】実施形態２の高調波解析を説明する図である。
【図７】従来の三相交流回路に流れる高調波電流の解析装置のシステム図である。
【図８】従来の高調波解析装置の入力端子の設置位置を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  電源
１０ａ  中性点
１１  負荷
１１ａ  中性線
１２、１３、１４  入力回路
１５、１６、１７  ＡＤＣ
１８  ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロッセッサ）
１９  メモリ
２０  演算器
２１  ＦＦＴ演算器
２２  ＣＰＵ
２３  表示器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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